专利名称：：一种非对称快速晶闸管的制作方法
技术领域：
：本实用新型属于功率半导体器件
技术领域：
。具体涉及一种半导体变流器件，主要应用于大功率串联逆变电源装置。
背景技术：
：目前，感应加热电源绝大多数采用并联逆变技术，所用半导体器件为快速晶闸管，典型电路如图l所示。输入的三相交流电经过整流后经电抗器输出为直流电流，由4只快速晶闸管组成的逆变桥接收控制单元发出的触发信号，将直流电流进行变换，输出高频率的单相交流电流。而一种更高效、稳定和输出能力更大的方案是串联逆变技术，典型电路如图2所示。与并联逆变技术不同的是，逆变桥将整流桥输出的直流电压变换为高频交流电压输出。快速晶闸管是一种PNPN四层三端结构的半导体器件，经过改进结构设计和少数载流子控制技术，使其比普通晶闸管具有更高的开关速度，从而适用于200Hz10kHz的电力变流器。无论串联逆变或并联逆变，国内均使用正、反向电压相同(对称)的快速晶闸管，即Pl阳极区与阴极端P2区的结深相同，Nl长基区层厚度较大。在应用于串联逆变时，因压降大使其通流能力受到限制。并且由于动态特性较差，对整体装置运行的稳定性和可靠性易产生不良影响。
发明内容本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供一种在应用于串联逆变时，能明显降低通态压降，从而改善通态能力和提高工作可靠性，同时可更优化内部结构，降低大注入的储存电荷，改善恢复软度的非对称快速晶闸管。本实用新型的技术解决方案是一种非对称快速晶闸管，包括管壳和封装在该管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片，其特征是所述的半导体芯片的Pl阳极区的结深是阴极端P2区结深的20~70%，Pl阳极区中设有P+高浓度区。本实用新型技术解决方案中所述的Pl阳极区的结深是158(Him;阴极端P2区的结深是45~130pm，表面浓度是1.5~8xl017cm'3;Nl长基区的厚度是11035(Him;Pl阳极区中P+高浓度区的表面浓度是2xl0i99.5xl02Gcm-3。本实用新型技术解决方案中所述的Pl阳极区中的P+高浓度区是单窗口扩散形成的，P+高浓度区结深小于P1阳极区结深。本实用新型技术解决方案中所述的Pl阳极区中的P+高浓度区是多窗口扩散形成的，P+高浓度区结深小于P1阳极区结深。本实用新型技术解决方案中所述的Pl阳极区中的P+高浓度区是多窗口扩散形成的，P+高浓度区结深大于P1阳极区结深。本实用新型由于将PNPN四层三端结构的半导体芯片的Pl阳极区的结深设计比阴极端P2区的结深浅，Nl长基区的厚度比一般晶闸管薄20%~30%;Pl阳极区表面浓度也高于阴极端P2区，因而使晶闸管两个P区的非对称设计，明显降低了器件的通态压降，从而改善通态能力和工作的可靠性。本实用新型克服了现有技术的不足，具有在应用于串联逆变时，能明显降低通态压降，从而改善通态能力和提高工作可靠性，同时可更优化内部结构，降低大注入的储存电荷，改善恢复软度的特点。本实用新型主要用于大功率串联逆变电源装置。图1是并联逆变电路原理图2是串联逆变电路原理图3是快速晶闸管芯片结构图4是本实用新型实施例1的芯片结构图5是本实用新型实施例2的芯片结构图6是本实用新型实施例3的芯片结构图。具体实施方式实施例1如图4所示。非对称晶闸管包括管壳和封装在该管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片。Pl阳极区1的结深是1580nm;阴极端P2区3的结深是4513(Him，表面浓度是1.5~8xl017cnT3;Nl长基区2的厚度是110350pm;Pl阳极区1中P+高浓度区8的表面浓度是2xl0"9.5xl0"cm'3。半导体芯片的Pl阳极区1的结深是阴极端P2区3结深的2070%，N1长基区2的厚度比一般晶闸管薄20%~30°/。，Pl阳极区1中的P+高浓度区8是单窗口扩散形成的，P+高浓度区8结深小于P1阳极区1结深。根据不同的应用要求硅单晶选用NTD材料，电阻率为30140acm，厚度380~600nm。总厚度的选取既要求保证N1长基区2实现器件正向耐压的要求，又不至于增加压降。Pl阳极区1和阴极端P2区3由双面同时进行第一次P型杂质扩散获得，可以是Ga或Al。结深45D0jim，表面浓度1.5~8xl017cm_3。将阴极端P2区3的表面保护好后，通过研磨、喷砂和化学腐蚀等方法，对硅片从P1端进行削薄处理。去除30150pm。硅片减薄后，将P1阳极区1和阴极端P2区3同时做表面氧化处理。然后对阴极端P2区3表面氧化层进行选择刻蚀，再对阴极端P2区3表面做N型杂质扩散，形成N2阴极区4，结深1228pm，表面浓度2xl019~9.5xl02()。对Pl阳极区1表面经过高表面浓度P型扩散形成P+高浓度区8，结深25~70pm。必要时P+高浓度区8表面进行选择扩散。为提高非对称晶闸管开关速度，对扩散好的硅片掺金或掺铂扩散，以降低少数载流子寿命。扩散温度为830880°C，时间2045分钟。也采用电子辐照，其特点是漏电流小，高温特性较好。将做好的非对称晶闸管硅片烧结在铝片上，对阴极端P2区3和N2阴极区4表面进行金属蒸镀后再选择性刻蚀，清晰分离出所需要的图形和门极5、阴极6，钼片作为芯片的阳极7。最后将芯片安装到定制的标准管壳中，完成本实用新型非对称快速晶闸管的最终封装和测试。表一是同规格的76mm快速晶闸管和非对称晶闸管主要静态指标测试对比表一No.VtmIgtVdrm/IdrmVrrm/IrrmtqVmAVV/mAV/mA25。C115。C快速晶闸管0013.02501.082500/852500/81620022.92381.212500/882500/87690032.82501.052500/532500/5262非对称晶闸管0012.21310.852500/57—700022.17180.722500/62—695<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>60数据表明，在相同的正向断态电压设计时，非对称晶闸管通态压降平均VTM比常规快速晶闸管低0.72V，达25%。这表明其在运行中有更低的通态损耗。表二<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表二是动态参数抽样测试对比。从中看到非对称晶闸管比常规快速晶闸管开通时间略快，恢复电荷较小，扩展电压更低。通过计算机仿真，其开关损耗小27%。以上试验结果表明，非对称快速晶闸管相对于常规对称设计的晶闸管，在动、静态特性上，具有较明显的优势。实施例2如图5所示。与实施例1不同的是P1阳极区1中的P+高浓度区9是多窗口扩散形成的，P+高浓度区9结深小于Pl阳极区1结深。实施例3如图6所示。与实施例1不同的是Pl阳极区中的P+高浓度区10是多窗口扩散形成的，P+高浓度区10结深大于P1阳极区结深。权利要求1、一种非对称快速晶闸管，包括管壳和封装在该管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片，其特征是所述的半导体芯片的P1阳极区(1)的结深是阴极端P2区(3)结深的20～70％，P1阳极区(1)中设有P+高浓度区(8)。2、根据权利要求l所述的一种非对称快速晶闸管，其特征是所述的P1阳极区(1)的结深是1580nm;阴极端P2区(3)的结深是45~130^im，表面浓度是1.5~8xl017cm'3;Nl长基区(2)的厚度是110350,Pl阳极区(1)中P+高浓度区(8)的表面浓度是2乂1019~9.5^02()011-3。3、根据权利要求1或2所述的一种非对称快速晶闸管，其特征是所述的P1阳极区(1)中的P+高浓度区(8)是单窗口扩散形成的，P+高浓度区(8)结深小于P1阳极区(1)结深。4、根据权利要求1或2所述的一种非对称快速晶闸管，其特征是所述的P1阳极区中的P+高浓度区(8)是多窗口扩散形成的，P+高浓度区(8)结深小于P1阳极区结深。5、根据权利要求1或2所述的一种非对称快速晶闸管，其特征是所述的P1阳极区中的P+高浓度区(8)是多窗口扩散形成的，P+高浓度区(8)结深大于P1阳极区结深。专利摘要本实用新型的名称为一种非对称快速晶闸管。属于功率半导体器件
技术领域：
。它主要是解决现有快速晶闸管在应用于串联逆变时，存在压降大和动态特性较差等问题。它的主要特征是包括管壳和封装在该管壳内的PNPN四层三端结构的半导体芯片；半导体芯片的P1阳极区1的结深是阴极端P2区3结深的20～70％，P1阳极区1中设有P<sup>+</sup>高浓度区8。本实用新型具有在应用于串联逆变时，能明显降低通态压降，从而改善通态能力和提高工作可靠性，同时可更优化内部结构，降低大注入的储存电荷，改善恢复软度的特点，主要用于大功率串联逆变电源装置。文档编号H01L29/74GK201430142SQ20092008684公开日2010年3月24日申请日期2009年6月24日优先权日2009年6月24日发明者鹏刘,刘小俐,吴拥军,桥张,杨成标,彦肖,颜家圣申请人:湖北台基半导体股份有限公司